當(dāng)前，我國(guó)安防企業(yè)的芯片采購(gòu)來(lái)源主要分為幾個(gè)層面：高端CPU、GPU 等通用器件主要來(lái)源于安霸、英偉達(dá)、英特爾等美國(guó)企業(yè)；中端和低端元件來(lái)自于海思等國(guó)內(nèi)企業(yè)，其中SoC 芯片等元件已實(shí)現(xiàn)非美國(guó)供應(yīng)。國(guó)內(nèi)安防產(chǎn)業(yè)體量巨大，但與此同時(shí)，高端芯片過(guò)度依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀卻反映出國(guó)內(nèi)安防芯片領(lǐng)域發(fā)展的不良于行。
一、安防行業(yè)對(duì)芯片的主要需求
在安防產(chǎn)品中，攝像頭、交換機(jī)、IPC(網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī))、硬盤(pán)刻錄機(jī)、各類服務(wù)器等設(shè)備都需要芯片，在安防智能化進(jìn)程中，產(chǎn)品升級(jí)將帶來(lái)存量和增量市場(chǎng)的共同增長(zhǎng)。其中，ISP、DVR SoC、IPC SoC和NVRSoC這四類芯片是目前安防行業(yè)關(guān)注的方向，其與視頻監(jiān)控也密切相關(guān)。安防監(jiān)控四類主要芯片：
二、安防芯片的主要功能和作用
各類芯片廣泛分布于整個(gè)安防監(jiān)控系統(tǒng)中，扮演著核心角色，在很大程度上左右著安防系統(tǒng)的整體功能、技術(shù)指標(biāo)、穩(wěn)定性、能耗、成本等，并在安防行業(yè)未來(lái)發(fā)展脈絡(luò)及方向上起到關(guān)鍵作用。
在安防系統(tǒng)中，芯片無(wú)處不在，并起著核心關(guān)鍵的作用。以視頻監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，前端采集攝像機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵就是在于核心芯片組的性能，包括：清晰度、靈敏度、色彩、動(dòng)態(tài)范圍等在內(nèi)的各項(xiàng)指標(biāo)，都將由芯片質(zhì)量來(lái)決定。近年來(lái)，安防行業(yè)人工智能、無(wú)人機(jī)、智能家居的快速發(fā)展，很大程度上也是獲益于芯片技術(shù)的進(jìn)步。
三、安防芯片的主要分類
CMOS圖像傳感器：眾所周知索尼很強(qiáng)，但是全球三強(qiáng)之一的豪威科技目前也是中國(guó)公司，另外國(guó)產(chǎn)還有比亞迪，格科微等等。
IP攝像頭的SoC芯片：華為海思是市場(chǎng)的霸主，中國(guó)60%以上的IP攝像頭芯片都來(lái)自海思，國(guó)外有美國(guó)的德州儀器，安霸等等，另外?？祿碛写罅抗煞莸母诲⒁彩呛？礗P攝像頭的SoC芯片供應(yīng)商。
和IP攝像頭配合的后段NVR設(shè)備的芯片：主要是海思，德州儀器，Marvell三家，其中海思也占據(jù)了大部分份額。
模擬攝像機(jī)的ISP圖像處理芯片，主要是處理CMOS傳感器過(guò)來(lái)的原始圖像信號(hào)，這方面富瀚微的芯片已經(jīng)是中國(guó)市場(chǎng)第一梯隊(duì)企業(yè)，其國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額在20%以上。
和模擬攝像頭配合的后段DVR芯片，華為海思同樣是中國(guó)市場(chǎng)霸主，IHS的數(shù)據(jù)，早在2014年海思就占到了中國(guó)市場(chǎng)79%的份額
通常情況下，安防視頻監(jiān)控模擬攝像機(jī)的核心部件包括一顆圖像傳感器和一顆ISP芯片，安防視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的核心部件包括一顆圖像傳感器和一顆IPC SoC芯片。
隨著5G和物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，對(duì)于安防行業(yè)而言，未來(lái)"云邊結(jié)合"也將是主要的趨勢(shì)。在云端芯片方面，目前主要還是英特爾、英偉達(dá)、谷歌等國(guó)外企業(yè)的天下，國(guó)內(nèi)企業(yè)短期內(nèi)還難于取得突破。相反，在邊緣側(cè)尤其是視頻處理方面，對(duì)國(guó)內(nèi)企業(yè)而言是難得的機(jī)遇，國(guó)產(chǎn)替代正在不斷深入。
四、AI 芯片的基本定義
《人工智能芯片技術(shù)白皮書(shū)(2018)》第一、二、三章開(kāi)宗明義，綜述了AI芯片的技術(shù)背景，從多個(gè)維度提出了滿足不同場(chǎng)景條件下理想的AI芯片和硬件平臺(tái)的關(guān)鍵特征，提出AI芯片技術(shù)的重要地位以及對(duì)于我國(guó)未來(lái)芯片及人工智能領(lǐng)域發(fā)展的意義。
關(guān)于AI芯片的定義仍然缺乏一套嚴(yán)格和公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)。比較寬泛的看法是，面向人工智能應(yīng)用的芯片都可以稱為AI芯片。由于需求的多樣性，很難有任何單一的設(shè)計(jì)和方法能夠很好地適用于各類情況。因此，學(xué)界和業(yè)界涌現(xiàn)出多種專門(mén)針對(duì)人工智能應(yīng)用的新穎設(shè)計(jì)和方法，覆蓋了從半導(dǎo)體材料、器件、電路到體系結(jié)構(gòu)的各個(gè)層次。
該《白皮書(shū)》探討的AI芯片主要包括三類：
1.經(jīng)過(guò)軟硬件優(yōu)化可以高效支持AI應(yīng)用的通用芯片，例如GPU；
2.側(cè)重加速機(jī)器學(xué)習(xí)(尤其是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí))算法的芯片，這也是目前AI芯片中較多的形式；
3.受生物腦啟發(fā)設(shè)計(jì)的神經(jīng)形態(tài)計(jì)算芯片。
AI技術(shù)的落地需要來(lái)自多個(gè)層面的支持，貫穿了應(yīng)用、算法機(jī)理、芯片、工具鏈、器件、工藝和材料等技術(shù)層級(jí)。各個(gè)層級(jí)環(huán)環(huán)緊扣形成AI的技術(shù)鏈，而AI芯片本身處于整個(gè)鏈條的中部，向上為應(yīng)用和算法提供高效支持，向下對(duì)器件和電路、工藝和材料提出需求。
針對(duì)應(yīng)用目標(biāo)是"訓(xùn)練"還是"推斷"，把AI芯片的目標(biāo)領(lǐng)域分成4個(gè)象限。
1.云端AI計(jì)算
面向云端AI應(yīng)用，很多公司開(kāi)始嘗試設(shè)計(jì)專用芯片以達(dá)到更高的效率，其中著名的例子是GoogleTPU，可以支持搜索查詢、翻譯等應(yīng)用，也是AlphaGo的幕后英雄。
由于使用了專用架構(gòu)，TPU實(shí)現(xiàn)了比同時(shí)期CPU和GPU更高的效率。
針對(duì)云端的訓(xùn)練和推斷市場(chǎng)，從芯片巨頭到初創(chuàng)公司都高度重視。英特爾宣布推出Nervana神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器(NNP)，可以優(yōu)化32GBHBM2、1TB/s帶寬和8Tb/s訪問(wèn)速度的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算。初創(chuàng)公司，如Graphcore、Cerebras、WaveComputing、寒武紀(jì)及比特大陸等也加入了競(jìng)爭(zhēng)的行列。
此外，F(xiàn)PGA在云端的推斷也逐漸在應(yīng)用中占有一席之地。
微軟的Brainwave項(xiàng)目和百度XPU都顯示，在處理小批量情況下，F(xiàn)PGA具有出色的推斷性能。目前，F(xiàn)PGA的主要廠商如Xilinx、Intel都推出了專門(mén)針對(duì)AI應(yīng)用的FPGA硬件(支持更高的存儲(chǔ)帶寬)和軟件工具；主要的云服務(wù)廠商，比如亞馬遜、微軟及阿里云等推出了專門(mén)的云端FPGA實(shí)例來(lái)支持AI應(yīng)用。
2.邊緣AI計(jì)算
邊緣設(shè)備的覆蓋范圍其應(yīng)用場(chǎng)景也五花八門(mén)。比如自動(dòng)駕駛汽車(chē)可能就需要一個(gè)很強(qiáng)的計(jì)算設(shè)備，而在可穿戴領(lǐng)域，則要在嚴(yán)格的功耗和成本約束下實(shí)現(xiàn)一定的智能。
目前應(yīng)用廣泛的邊緣計(jì)算設(shè)備來(lái)自于智能手機(jī)，蘋(píng)果、華為、高通、聯(lián)發(fā)科和三星等手機(jī)芯片廠商紛紛推出或者正在研發(fā)專門(mén)適應(yīng)AI應(yīng)用的芯片產(chǎn)品。創(chuàng)業(yè)公司層面，主要為邊緣計(jì)算設(shè)備提供芯片和系統(tǒng)方案，比如地平線機(jī)器人、寒武紀(jì)、深鑒科技、元鼎音訊等。
傳統(tǒng)的IP廠商，包括ARM、Synopsys等公司也都為手機(jī)、智能攝像頭、無(wú)人機(jī)、工業(yè)和服務(wù)機(jī)器人、智能音箱以及各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等邊緣計(jì)算設(shè)備開(kāi)發(fā)專用IP產(chǎn)品。
自動(dòng)駕駛是未來(lái)邊緣AI計(jì)算的重要應(yīng)用之一，MobileEyeSOC和NVIDADrivePX系列提供神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的處理能力可以支持半自動(dòng)駕駛和完全自動(dòng)駕駛。
3.云和端的融合
總的來(lái)說(shuō)，云和端各有其優(yōu)勢(shì)和明顯短板。云側(cè)AI處理主要強(qiáng)調(diào)精度、處理能力、內(nèi)存容量和帶寬，同時(shí)追求低延時(shí)和低功耗；邊緣設(shè)備中的AI處理則主要關(guān)注功耗、響應(yīng)時(shí)間、體積、成本和隱私安全等問(wèn)題。
在實(shí)際應(yīng)用中，云和邊緣設(shè)備在各種AI應(yīng)用中往往是配合工作。普遍的方式是在云端訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，然后在云端(由邊緣設(shè)備采集數(shù)據(jù))或者邊緣設(shè)備進(jìn)行推斷。隨著邊緣設(shè)備能力不斷增強(qiáng)，云的邊界逐漸向數(shù)據(jù)的源頭，AI處理將分布在各類網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，未來(lái)云和邊緣設(shè)備以及連接他們的網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)構(gòu)成一個(gè)巨大的AI處理網(wǎng)絡(luò)，它們之間的協(xié)作訓(xùn)練和推斷也是一個(gè)有待探索的方向。
五、安防芯片領(lǐng)域的企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)狀
在今年國(guó)內(nèi)多家安防企業(yè)被卷入貿(mào)易風(fēng)波后，芯片成了中國(guó)安防企業(yè)共同面對(duì)的一個(gè)發(fā)展關(guān)鍵，國(guó)內(nèi)安防產(chǎn)業(yè)體量巨大，芯片國(guó)產(chǎn)化自衛(wèi)戰(zhàn)在安防行業(yè)打響。
縱觀芯片領(lǐng)域，英偉達(dá)、英特爾、安森美、德州儀器、安霸、恩智浦、索尼、特威、三星等海外豪強(qiáng)林立，并長(zhǎng)期占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位。我國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)總體落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，高端芯片嚴(yán)重依賴進(jìn)口，但在局部領(lǐng)域已有企業(yè)實(shí)現(xiàn)趕超。
大華股份自主研發(fā)了包括HDCVI芯片、AI芯片等多款芯片產(chǎn)品，已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)并商用，其AI SoC芯片已成功用于睿智系列經(jīng)濟(jì)型人臉攝像機(jī)，與零跑汽車(chē)共同研發(fā)的芯片"凌芯01"于2019年內(nèi)進(jìn)行實(shí)車(chē)測(cè)試。近期， 在2019年深圳安博會(huì)上，大華股份帶來(lái)的自主HDCVI 6.0 4K實(shí)時(shí)AD芯片，可實(shí)現(xiàn)4K@30fps實(shí)時(shí)預(yù)覽，讓用戶看清更多細(xì)節(jié)，尤其是在拍攝高速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景時(shí)有效減少拖影，增強(qiáng)畫(huà)面流暢度。
在種類眾多的芯片當(dāng)中，安防編解碼芯片的發(fā)展與國(guó)際水平同步的，而在視頻編解碼芯片領(lǐng)域，華為海思是絕對(duì)的霸主。此外，在網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)(IPC)SoC芯片市場(chǎng)中，海思半導(dǎo)體的實(shí)力也是不可小覷。
提出"算法即芯片"理念的依圖科技，自研AI芯片"求索"能提供每秒15 TOPS的視覺(jué)推理性能，適用于人臉識(shí)別、視頻結(jié)構(gòu)化分析、行人再識(shí)別等多種圖像和視頻實(shí)時(shí)智能分析任務(wù)。
云天勵(lì)飛擁有"算法+芯片+數(shù)據(jù)分析"完整人工智能研發(fā)鏈條的"全棧式"創(chuàng)始人團(tuán)隊(duì)，芯片是其打開(kāi)人工智能服務(wù)和人工智能產(chǎn)業(yè)化的一把鑰匙。在2019年深圳安博會(huì)上，云天勵(lì)飛第二代自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的人工智能芯片-DeepEye1000大放異彩。
富瀚微從ISP出發(fā)，集成編解碼和CPU等，做成SoC，并已經(jīng)成為了?？礗P攝像頭的芯片供應(yīng)商。富瀚微以AI SoC、智慧安防、專業(yè)安防、智慧家庭、車(chē)載ISP五大主題亮相深圳安博會(huì)，并展示了全新AI SoC芯片在人臉和人形檢測(cè)的演示。
地平線一開(kāi)始便明確要做"嵌入式人工智能，軟硬一體，面向終端"。2019年深圳安博會(huì)期間，地平線宣布推出旭日二代邊緣AI芯片及一站式全場(chǎng)景芯片解決方案，并再次強(qiáng)調(diào)通過(guò)芯片架構(gòu)創(chuàng)新重新定義效能比。未來(lái)，地平線將攜手合作伙伴，以芯片效能和AIOT方案賦能智能物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)。
比特大陸的產(chǎn)品主要應(yīng)用于區(qū)塊鏈和人工智能兩大領(lǐng)域，高性能芯片設(shè)計(jì)是其核心競(jìng)爭(zhēng)力。2019年，深圳安博會(huì)上，比特大陸攜算豐第三代智能服務(wù)器SA5登場(chǎng)，該產(chǎn)品的核心是比特大陸研發(fā)的AI芯片BM1684。
目前，中國(guó)芯片企業(yè)在世界芯片市場(chǎng)里難以討論競(jìng)爭(zhēng)力這個(gè)問(wèn)題，在整個(gè)芯片市場(chǎng)內(nèi)的發(fā)展并不樂(lè)觀。中國(guó)芯片企業(yè)在芯片市場(chǎng)內(nèi)分布不均，布局嚴(yán)重不足。雖然有 MCU 領(lǐng)域內(nèi)中國(guó)企業(yè)蜂擁而至的現(xiàn)狀，但更多的是像GPU、DSP等領(lǐng)域內(nèi)中國(guó)企業(yè)寥寥無(wú)幾，難以為繼的悲慘場(chǎng)景。
歸根結(jié)底，技術(shù)成為了中國(guó)企業(yè)止步于開(kāi)拓部分領(lǐng)域的重要原因。盡管從表面上看會(huì)有像CPU領(lǐng)域的市場(chǎng)壟斷，成為某些企業(yè)放棄爭(zhēng)奪的重要影響因素，但是追本溯源會(huì)發(fā)現(xiàn)，霸占市場(chǎng)的關(guān)鍵還是在于技術(shù)的快速發(fā)展，不斷更新的技術(shù)將反作用于市場(chǎng)的快速占領(lǐng)。
目前，眾國(guó)產(chǎn)芯片廠商如同勇攀高峰的一組登山隊(duì)，海思、龍芯等企業(yè)率先成為敢于嘗試打破技術(shù)壁壘的先頭部隊(duì)。但由于起步晚，部分領(lǐng)域技術(shù)差距懸殊，行業(yè)命脈仍被把控在如德州儀器、安霸等老牌芯片設(shè)計(jì)公司的手中。因此安防芯片產(chǎn)業(yè)國(guó)有化要努力攻克的就是芯片產(chǎn)業(yè)的高端領(lǐng)域。
安防市場(chǎng)國(guó)有化的痛點(diǎn)在于，中低端芯片企業(yè)在中國(guó)是更為龐大的群體，盡管他們對(duì)市場(chǎng)需求反應(yīng)靈活，但是更多的中低端企業(yè)能提供的技術(shù)不足以滿足市場(chǎng)越來(lái)越復(fù)雜的高端需求。
安防領(lǐng)域的技術(shù)重點(diǎn)已從簡(jiǎn)單傳統(tǒng)的圖像數(shù)據(jù)的收集和存儲(chǔ)，轉(zhuǎn)入對(duì)圖像數(shù)據(jù)的有效信息挖掘和分析。要想將"中國(guó)制造"轉(zhuǎn)變?yōu)?quot;中國(guó)智造"，就需要鼓勵(lì)越來(lái)越多的中游企業(yè)加入高端布局，跟緊先進(jìn)技術(shù)的不斷更迭，并開(kāi)始著眼于自主研發(fā)，以期未來(lái)具有良好的研發(fā)實(shí)力，從而在世界市場(chǎng)中更具有競(jìng)爭(zhēng)力。
國(guó)產(chǎn)安防芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還要有賴于國(guó)家政策的扶持和重視。正視技術(shù)上的巨大差異，努力鞭策行業(yè)和企業(yè)本身，不斷革新，探索高精尖的人工智能技術(shù)并以此為核心。努力打破高端芯片領(lǐng)域中國(guó)企業(yè)少數(shù)派的現(xiàn)狀，從而促使整個(gè)行業(yè)技術(shù)成本的降低。伴隨著整個(gè)行業(yè)成本門(mén)檻的降低，有助于更多的中下游企業(yè)加入游戲，使全面國(guó)有化落實(shí)的更徹底。
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